Десятый класс

Десятый классУглерод и его соединения


Углеводороды и их классификация (алканы, алкены, алкины)


Углеводороды — это органические соединения, которые состоят только из атомов водорода и углерода. Это самые простые формы органических соединений, которые в изобилии встречаются в природе, особенно в ископаемых видах топлива, таких как природный газ, нефть и уголь. Изучение углеводородов является фундаментальной частью химии, поскольку эти соединения образуют основу органической химии.

Классификация углеводородов

Углеводороды можно классифицировать на несколько типов в зависимости от их структуры и связей. Основные классы:

  • Алканы
  • Алкены
  • Алкины
  • Ароматические углеводороды

Это обсуждение будет сосредоточено на первых трех, известных как алифатические углеводороды.

Алканы

Алканы, иногда называемые парафины, являются самой простой семьей углеводородов. Они содержат только одинарные связи и являются насыщенными углеводородами, что означает, что у них максимальное количество атомов водорода, прикрепленных к каждому атому углерода. Общая формула для алканов — C n H 2n+2.

Алканы имеют различную длину цепей и могут образовывать разные структуры, но они все следуют той же основной формуле. Вот несколько примеров простых алканов:

  • Метан (CH4)
  • Этан (C 2 H 6)
  • Пропан (C 3 H 8)
  • Бутан (C4H10)

Структура и связи в алкенах

Алкены имеют тетраэдрическую геометрию вокруг каждого атома углерода, что означает, что каждый атом углерода образует четыре одинарные ковалентные связи с водородом или другими атомами углерода. Это связано с sp 3 гибридизацией орбиталей.

         HH
         ,
    HCCH
         ,
         HH
    

На диаграмме этана выше, каждая линия обозначает одинарную связь между атомами.

C C

Эта упрощенная диаграмма показывает структуру этана, где два атома углерода связаны одинарной связью.

Номенклатура алкенов

Называние алканов включает в себя определение самой длинной цепи атомов углерода и обозначение ветвей. Международные Союз Чистой и Прикладной Химии (IUPAC) правила именования применяются:

  1. Найдите самую длинную непрерывную цепь атомов углерода и дайте ей подходящее имя алкана.
  2. Определите и назовите любые ветви или боковые цепи.
  3. Пронумеруйте цепь с конца, ближайшего к ветке.
  4. Числа включают статус каждой ветви.

Например, в 2-метилпентане, основная цепь состоит из пяти углеродов (пентан), с метильной группой на втором углероде.

Алкены

Алкены — это углеводороды, содержащие как минимум одну двойную связь углерод-углерод. Они ненасыщенные углеводороды, потому что могут присоединять больше атомов водорода, разрывая двойную связь. Общая формула для алкена C n H 2n.

Примеры включают:

  • Этен (C 2 H 4)
  • Пропен (C 3 H 6)
  • Бутен (C4H8)

Структура и связи в алкинах

В алкенах, присутствие двойной связи означает, что атомы углерода, вовлеченные в нее, sp 2 гибридизованы, создавая плоскую структуру вокруг двойной связи.

         H
          ,
          C = C
          ,
         HH
    

Эта структура представляет этен.

C C

Номенклатура алкенов

Называние алкенов следует тем же правилам, что и для алканов, но необходимо указать положение двойной связи:

  1. Определите самую длинную цепь, содержащую двойную связь.
  2. Пронумеруйте цепь с конца, ближайшего к двойной связи.
  3. Включите положение двойной связи в названии.

Например, 1-бутен указывает на 4-углеродную цепь с двойной связью между первым и вторым углеродами.

Алкины

Алкины содержат как минимум одну тройную связь углерод-углерод, что также делает их ненасыщенными углеводородами с возможностью добавления большего количества водорода. Общая формула — C n H 2n-2.

Некоторые примеры алкинов:

  • Ацетилен (C 2 H 2), также известный как ацетилен
  • Пропин (C 3 H 4)
  • Бутин (C 4 H 6)

Структура и связи в алкинах

Тройная связь в алкинах состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей, и атомы углерода sp гибридизованы, придавая линейную геометрию.

          HC≡CH
    

Это самый простой алкин, известный как ацетилен.

C C

Номенклатура алкинов

Номенклатура алкинов включает указание положения тройной связи в углеродной цепи:

  1. Определите самую длинную углеродную цепь, содержащую тройную связь.
  2. Начните нумерацию цепи с конца, ближайшего к тройной связи.
  3. Включите положение тройной связи в названии.

Например, 1-бутин указывает на 4-углеродную цепь с тройной связью между первым и вторым углеродами.

Свойства углеводородов

Физические свойства

Углеводороды проявляют различные физические свойства в зависимости от их структуры:

  • Температура кипения и плавления: С увеличением молекулярной массы температура кипения и плавления обычно увеличиваются из-за больших сил Ван дер Ваальса.
  • Растворимость: Углеводороды в общем некополярны и нерастворимы в воде, но могут растворяться в неполярных растворителях, таких как гексан.
  • Плотность: Углеводороды менее плотные, чем вода, из-за чего нефть плавает на воде.

Химические свойства

Химическая реакционная способность отличается между алкенами, алканами и алкинами:

  • Алканы: Относительно малоактивны из-за прочности связей C-C и C-H. Они подвергаются горению и реакциям замещения.
  • Алкены и алкины: Более активны из-за наличия двойных и тройных связей. Они подвергаются реакциям присоединения, в которых атомы присоединяются к углеродам, вовлеченным в кратные связи.

Использование углеводородов

Углеводороды имеют широкий спектр применений. Они являются основными компонентами топлива, такого как бензин, дизельное топливо и природный газ. Алканы служат основой для смазочных материалов и стартовыми материалами для многих других синтетических соединений. Алкены важны в производстве полимеров, таких как полиэтилен, в то время как алкины используются в сварке и синтезе других химических соединений.

Заключение

Понимание основ углеводородов и их классификации на алканы, алкены и алкины обеспечивает основополагающие знания для дальнейшего изучения органической химии. Признание вариаций в структуре и связях дает информацию об их физических и химических свойствах и широком спектре применений в реальных сценариях.


Десятый класс → 9.2


U
username
0%
завершено в Десятый класс


Комментарии